氧气化学性质实验装置的改进设计

四川省广元市利州区大东英才学校(628017) 赵杨周

氧气的化学性质探究内容教材中共安排了4个实验：①带火星的木条在氧气中复燃；②硫在空气和氧气中燃烧；③木炭在空气和氧气中燃烧；④铁在氧气中燃烧。教材通过实验探究得出氧气的化学性质，同时提高学生学习化学的兴趣，培养学生观察、思维和动手能力，让学生逐步掌握实验的方法。

1 教材实验的不足

(1)实验中至少需要准备4瓶氧气，增加了实验准备的难度，收集的氧气在搬运的过程中容易逸散，易导致实验失败。

(2)传统实验硫燃烧生成的二氧化硫在空气中逸散较多(有教师为了让学生加深印象，拿着装有燃着硫的燃烧匙在教室里巡回走一趟)，不利于师生健康，违反绿色化学理念。

(3)木炭的燃烧放出的热量及反应生成的二氧化碳把瓶内的氧气压出瓶外，导致瓶内氧气含量降低，看到的往往不是明显的白光，而是偏黄的光。

(4)为了让铁丝更容易燃烧往往选用很细的铁丝(石棉网或铁纱窗上抽取的铁丝)，但太细的铁丝较易熔化烧断，火星四射的现象稍现即逝。

2 改进思路

(1)氧气来源充足，可连续反复进行实验。

(2)木炭、硫、铁丝在氧气中燃烧实验操作简便，现象明显、持久，实验过程安全环保。

3 实验改进方案

3.1 实验仪器与药品

(1)实验仪器：分液漏斗(或注射器)、锥形瓶、酒精灯、橡胶塞、抽滤瓶、铜丝、乳胶管、燃烧匙、导管、三通管(Y形管或T形管)、弹簧夹、药匙、烧杯。

(2)药品：30%过氧化氢溶液、二氧化锰、氢氧化钠溶液、澄清的石灰水、硫、铁丝、木炭、酒精、火柴。

3.2 改进装置及相关说明

(1)改进的实验装置如图1所示。

图1 改进实验装置

(2)氧气用过氧化氢溶液在二氧化锰催化下分解制取，发生装置采用固液常温型，过氧化氢溶液用分液漏斗注入，便于控制反应速率(也可用50 mL注射器代替分液漏斗，可避免装置头重脚轻)，锥形瓶中事先加入二氧化锰和100 mL稀释过氧化氢溶液的水。

(3)集气瓶改用容积更大、玻璃更厚的500 mL抽滤瓶，实验前抽滤瓶中加入300 mL左右的水。

(4)铁丝选用实验室中相对较粗的不纯铁丝(不纯铁丝里面含有一定的碳，其中碳燃烧生成的二氧化碳气体更能把熔化的四氧化三铁带出来，可以看到更明显的火星四射现象)，表面打磨光亮，下端盘成螺旋状，绑1根火柴。

(5)橡皮塞准备：取2个与抽滤瓶瓶口配套的橡胶塞，分别打孔后连接导管(实验中便于排除瓶内气体)，将铜丝一端插入其中一个橡胶塞，另一端插入烘烤过的木炭中，如图2(a)所示。将燃烧匙(玻璃燃烧匙更好)一端插入另一个橡胶塞，另一端(有勺)放入硫粉，如图2(b)所示。注意：铜丝与燃烧匙露出橡胶塞的长度要调节到在抽滤瓶塞紧胶塞后，木炭与硫粉处于抽滤瓶上支口处附近。

图2 橡皮塞的准备

3.3 实验操作

实验1:木炭在空气中和氧气中燃烧

(1)打开K1，关闭K2。

(2)将木炭在空气中点燃。

(3)打开分液漏斗的活塞，注入一定量的30%过氧化氢溶液。

(4)把燃着的木炭伸入抽滤瓶中，塞紧橡皮塞，观察木炭在空气中和氧气中燃烧的现象。

(5)打开K2，关闭K1，燃烧结束后，打开K1，关闭K2，继续通入氧气一会儿，把生成的二氧化碳全都压入到装有澄清石灰水的烧杯中，观察石灰水的变化。

实验2：硫在空气和氧气中燃烧

操作与木炭燃烧基本相同，烧杯中改加入氢氧化钠溶液。

实验3：铁丝在氧气中燃烧

(1)打开K1，关闭K2。

(2)打开分液漏斗活塞(或推动注射器)，注入一定量的30%过氧化氢溶液。

(3)把铁丝下端火柴引燃，立即伸入到抽滤瓶内上支管附近(无需等到火柴快要燃尽时才伸入)，长时间观察铁丝剧烈燃烧现象。

4 实验改进后的优点

(1)改进实验所需仪器和用品实验室常见，每一个实验费时少，操作简单，课堂上一边制取氧气一边进行氧气性质实验，既减少课前氧气的准备环节，又提高了课堂效率，同时为课题3的氧气的制取做好了铺垫。

(2)硫、木炭燃烧实验在封闭空间里进行，对燃烧的硫、木炭不断通入氧气，硫燃烧发出蓝紫色火焰，木炭发出的白光非常明显，演示时间长(可调节)。木炭燃烧生成的二氧化碳多，石灰水浑浊明显。同时能更多地吸收二氧化硫，减少对空气的污染，实验过程更环保。

(3)铁的燃烧实验无需担心瓶内氧气在放置过程中逸散或火柴燃烧消耗瓶内氧气导致实验失败，也不会出现铁丝太细很快熔断的情况，源源不断供给的氧气让铁丝的燃烧持续时间更长，现象更明显。

(4)该改进有意识地把实验仪器“放大”，实验现象更便于学生观察，适合教师演示实验使用。